Modelluntersuchung zur Erwärmung des Bodenwassers der Grönlandsee

Die wahrend der letzten Dekaden stark reduzierte tiefreichende thermische Konvektion in der Gronlandsee ermoglicht den Einblick in weitere Tiefseeventilationsprozesse, die hier unabhangig von Konvektion stattfinden. Diese bewirken eine Erwarmung des Bodenwassers der Gronlandsee (unterhalb von 2500 m Tiefe) etwa seit Beginn der 1980er Jahre von etwa 0.1 K pro Dekade. Mit Hilfe eines neu entwickelten Ozeanmodells wird in einer Reihe numerischer Experimente versucht, den diese Erwarmung hauptsachlich bewirkenden Ventilationsmechanismus zu bestimmen. Dabei ermoglicht die Technik horizontaler und vertikaler Gitterverfeinerung uber den Hangen des Tiefseebeckens die Auflosung der fur die Tiefseeventilation wichtigen Prozesse in der Bodengrenzschicht. Es werden drei Prozesse untersucht: 1. sedimentgetriebene Hangkonvektion, 2. vertikale (diapyknische) turbulente Vermischung und 3. vertikale Advektion im Rahmen einer Sekundar- und Tertiarzirkulation. Die Simulationen deuten darauf, dass das Erwarmungspotential von durch Sedimentaufwirbelung verursachten Trubestromen am ostgronlandischen Kontinentalhang um mindestens zwei Grosenordnungen zu gering ist, um die beobachtete Erwarmung zu bewirken. Einen wesentlich groseren Beitrag leistet vertikale Diffusion. Aufgrund der im Tiefseebereich der Gronlandsee auserordentlich intensiven Turbulenz betragt dieser 20 bis 40 % der beobachteten Erwarmung. Den wichtigsten Prozess stellt jedoch eine Absinkbewegung im Inneren des Beckens dar, die fur 60 bis 80 % der Erwarmung verantwortlich ist. Diese Absinkbewegung ist Teil einer aus zwei ubereinanderliegenden Zellen bestehenden Sekundarzirkulation, die vom entlang der Beckenberandung gerichteten Druckgradienten angetrieben wird. Die untere der beiden Zellen fuhrt Bodenwasser den Hang hinauf, von der Tiefseeebene bis in eine Tiefe von 1500 m, wodurch die haufig beobachtete bodennahe Kaltfront an den Randern des Tiefseebeckens entsteht. Das so den Bodenwasserbereich verlassende kalte Wasser wird weiter im Beckeninneren durch absinkendes warmeres Wasser ersetzt, dessen Temperatur sich durch den entlang des Weges zunehmenden Druck zusatzlich erhoht. Diese Ergebnisse deuten auf eine moglicherweise generell unterschatzte Bedeutung der Sekundarzirkulation fur die Ventilation der Tiefsee hin. For the past two decades the extreme reduction of deep winter convection in the Greenland Sea enables insights into further, still working processes of the Greenland Sea's bottom water ventilation. Since the beginning of the 1980s these processes are causing a warming of waters below 2500 m at about 0.1 K per decade. The warming processes are examined by a set of numerical experiments performed by a new ocean model. The model uses adaptive horizontal and vertical mesh refinement at the continental slopes in order to resolve the bottom boundary layer sufficiently. The examined processes are: 1. sediment-induced slope convection, 2. vertical (diapycnal) turbulent mixing, and 3. vertical advection caused by a secondary or tertiary circulation. The simulations show that the potential warming caused by turbidity currents of suspended sediment flowing down the east Greenland slope is too small, by at least two orders of magnitude, to explain the observed warming. Vertical diffusivity seems to be more important. Between 20 and 40 % of the overall warming are caused by the Greenland Sea's comparable intense turbulent mixing. However, the most effective process is a sinking in the basin's interior, which causes between 60 to 80 % of the overall warming. This sinking is part of a secondary circulation consisting of two cells, which are driven by the along-slope pressure gradient at the basin margin. Within the bottom boundary layer the deeper cell's cross-slope transport leads to upwelling of bottom water up to the depth of 1500 m. This causes the cold front near the bottom often observed at the east Greenland continental slope. Downwelling warmer water replaces the upwelling cool water in the central basin. The adiabatic warming along the sinking water path increases the secondary circulation warming effect significantly. The results point towards the possibility of a general underestimation of secondary circulation effects in deep sea ventilation scenarios.